改进的超声波多线切割专用设备制造技术

本实用新型专利技术涉及专用于多线切割的改进的超声波线切割专用设备。现有的超声波线切割方法和设备，虽然可以在切割效率、切割精度、切割质量等方面有极显著的优势，但由于通过固定待切割物体的工作台设置超声换能器，超声传导路径复杂、传递效率低，实际切割效果远远达不到预期，并且安装、调整复杂。本实用新型专利技术提出了改进的超声波多线切割方法和设备，通过设置直接安装在待切割物体表面上的超声发射表面，使超声波直接传递到待切割物体，极大地提高了超声传递的效果。适用于悬浮砂浆线切割和固结磨料线切割，能大幅提高超声切割的效率，并降低切割面的粗糙度，降低切割损失，提高成品率。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及用于固体材料特别是晶体材料的改进的超声波多线切割方法及实施该方法的专用设备。
技术介绍
现有的专用于固体材料、例如但不限于包括硅、碳化硅、氧化铝、钻石等硬脆晶体材料的线切割及多线切割的方法，通常包括步骤使用单根或多根切割线通过布线系统排列成包含有至少2条切割线的切割线网，使切割线做切割运动的同时，使待切割固体材料与切割侧切割线网接触，通过切割线本身的切割作用，或由切割线携带的切割或研磨砂浆的切割作用，实现待切割固体材料的切割，包括例如晶体锭的剖方，或切片，等等。其中，切割线的切割运动包括例如单向运动、双向往复运动、旋转运动、振动及其复合运动等等。使用现有的线切割方法切割硬脆材料时，通常切割效率较低、切割精度不高，成本高，并且切割终了时被切割材料易产生出线边缘崩边等损伤。为此，中国专利说明书ZL03133682. 5介绍了采用超声波振动装置的超声波线切割锯，利用超声能量辅助金刚石线锯切割，实现了高效率、高精度、低成本的线锯方法。但是，这种线锯需要把超声波变幅杆与金刚石线的一端固定连接，只能适用于往复走线的短线锯切割，无法用于单向走线切割，更无法实现连续双向或单向走线切割。中国专利ZL200610044360. 7公开了一种非导电硬脆材料超声振动复合线锯切割方法，通过在固定待切割的非导电硬脆材料的工作台上安装超声换能器，在切割时使工作台产生超声振动，带动固定其上的待切割材料发生附加超声振动，而实现超声振动线锯切害I]，达到高效切割的目的。但是，由于超声换能器所产生的超声波需要先穿透工作台和工作台上固定待切割材料的工件板及其粘结层才能达到待切割材料，在实际切割中，由于需要穿透的厚度较大，和工作台、工件板、粘结层等具有相对于待切割材料的不可调整的声阻抗，超声波到达待切割材料时已极度衰减，其超声切割效果难以达到预期，并且需要较大功率的超声装置。并且，该专利技术方法仅用于非导电硬脆材料，对于实际线锯切割中占较大份额的导电的硬脆材料，例如半导体、电子、光电工业使用的电性掺杂的硅晶体、碳化硅晶体，从该专利中无法确定是否可使用该方法。中国专利申请CN201010565214公开了一种超声锯切机床，其设置有与超声波发生装置的变幅杆连接的振动头，使振动头与金刚石切割线保持压力接触实现金刚石切割线的超声振动。这种机床虽然实现了金刚石线锯的连续切割，但是，由于振动头与高速运动的金刚石切割线接触会被切割，不仅快速切割消耗振动头，也使金刚石线发生无效切割磨损，降低了线锯的有效利用率，并且，由于硬性接触中难以实现超声波在多根切割线上的同步传递，只能用于单线切割，不能用于多线切割。
技术实现思路
鉴于以上现有技术存在的缺陷和不足，本技术的目的是提供改进的超声波多线切割方法，以更为有效、节能和经济的方式，实现包括导电和非导电材料的超声波线切割方法在此基础上，提供实施该改进的超声波多线切割方法的专用线切割设备，从而为该方法的工业化提供装备基础。为此，本技术提供了一种固体物体的多线切割方法，包括(I)设置多线切割线网和待切割物体，其中，待切割物体以其至少部分表面为装载接触面装载固定于装载固定装置上；(2)设置包含有超声发射表面的至少一个超声波发生装置,并将超声发射表面安装于所述的待切割物体的其余表面的至少部分表面上；(3)启动切割线切割待切割物体,启动超声波发生装置,使超声发射表面发射的超声波透过其所安装的待切割物体表面传递到待切割物体；(4)保持切割线切割待切割物体直至完成切割；任选在切割完成前从所述的待切割物体表面上移开所述的超声发射表面，以避免切割线切割所述的超声发射表面。其中，所述的超声发射表面安装其上的所述的待切割物体的其余表面是指待切割物体的装载接触面之外的表面；其中，所述的超声发射表面可以是超声波发生装置的超声换能器的超声发射表面,也可以是超声变幅杆的超声发射表面,或者是超声振板的超声发射表面,或者是超声振子的超声发射表面，或者是聚焦或辐散超声波的超声透镜的超声发射表面；其中，所述的超声发射表面优选具有和待切割物体的接触表面相贴合的形状,例如平面或圆弧曲面；其中，所述的超声发射表面安装于所述的待切割物体的其余表面的至少部分表面上，可以采取直接接触的方式安装，即，使超声发射表面直接贴合于待切割物体的部分表面，也可以通过超声耦合剂即超声传递介质连接安装于待切割物体的所述部分表面，此时，所述的超声发射表面和所述的待切割物体的该部分表面之间设置或包含有超声传递介质，以排除两者接触面间的空气和提供良好的超声传递效果。根据本技术的方法，所述的超声传递介质可以是任意的液体、固体、半固体介质，但优选具有和所述的待切割物体具有良好声阻抗匹配的介质。适用于不同的待切割物体，可以用作本技术的超声传递介质的一些材料的例子包括凝胶、胶体、膏状物、糊状物、液膜、油脂、水玻璃、液态金属、液态合金、木材、橡胶、氟橡胶、硅胶、粘结剂、蜡、尼龙、塑料、氟塑料、金属、合金、树脂、有机玻璃、玻璃、石英、硅(片)、石墨、云母、陶瓷、聚四氟乙烯、纸、薄膜，其可以单独或组合作为本技术的超声传递介质。根据本技术的方法，所述的超声发射表面发射的超声波既可以是纵波，也可以是横波超声波，或包含有横波的复合超声波，或扭转超声波。根据本技术的方法，优选所述的超声发生装置的超声波频率在切割过程中随切割进度而进行持续调整，以使超声波频率等于或接近待切割物体和超声波发生装置所形成的系统的固有频率(或本征频率、谐振频率)，或者使待切割物体的切割前沿处于或接近超声所形成的驻波的最大振幅处即波腹处。根据本技术的方法，优选将一个以上的所述的超声发射表面分别安装在待切割物体的相对的两个表面上，例如，分别安装于待切割物体的切割线单向走线的切入和切出的侧面上。根据本技术的方法，优选将所述的超声发射表面安装在待切割物体的装载接触面所在的侧面上，这时，使用纵波超声波可在切割前沿形成沿切割方向的超声振动，使用横波超声波可在切割前沿形成垂直于切割方向的超声振动，而使用纵波和横波复合的超声波可在切割前沿同时形成沿切割方向和垂直切割方向的超声振动，这三种情况下都能提高切割效率。根据本技术的方法，优选所述的超声发射表面具有和待切割物体基本相同的至少一个尺寸，例如，所述的超声发射表面沿待切割物体的长径方向覆盖待切割物体的一部分表面，或者具有大于或等于并列的多线切割线在待切割物体上分布的宽度的尺寸，以确保每条切割线对应的切割前沿处获得良好的超声振动效果。根据本技术的方法，所述的切割线的切割方向可以是从待切割物体下方向上方切割、也可以是从待切割物体上方向下方切割，或者从待切割物体的左侧向右侧切割、或者从待切割物体的右侧向左侧切割；其中，对于固结磨料切割线的情况，优选从待切割物体的左侧向右侧切割、或者从待切割物体的右侧向左侧切割。根据本技术的方法，所述的切割线，可以是金属切割线例如钢线或镀膜、涂膜钢线、钢绞线，或者非金属切割线例如棉线、尼龙线、碳纤维线、碳纤维多绞线，或者固结磨料切割线，例如金刚石磨料涂覆线、或者立方氮化硼磨料涂覆线、或者碳化硼磨料涂覆线，以及其他任意的适宜切割的切割线。其中，所述的磨料涂覆线，是指在基线表面采用电镀、粘结、热压、钎焊等方式本文档来自技高网...

【技术保护点】
改进的超声波多线切割专用设备，包含有切割线网的装载及切割线运动驱动系统、待切割物体的装载系统，以及使切割线网和待切割物体进行相向移动的移动系统，其特征是，还包含有至少一个超声波发生装置及其超声发射表面，其中，所述的超声发射表面设置在其工作时可安装在待切割物体的至少部分表面上的位置；和任选的装载固定于装载系统的待切割物体。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：赵钧永，
申请(专利权)人：赵钧永，
类型：实用新型
国别省市：